15.2. Радиоактивность горных пород и руд
15.2.1. Радиоактивность минералов.
Радиоактивность горных пород и руд тем выше, чем больше концентрация в них естественных радиоактивных элементов семейств урана, тория, а также калия-40. По радиоактивности (радиологическим свойствам) породообразующие минералы подразделяют на четыре группы.
Наибольшей радиоактивностью отличаются минералы урана (первич-ные - уранит, настуран, вторичные - карбонаты, фосфаты, сульфаты уранила и др.), тория (торианит, торит, монацит и др.), а также находящиеся в рассеянном состоянии элементы семейства урана, тория и др.
Высокой радиоактивностью характеризуются широко распространенные минералы, содержащие калий-40 (полевые шпаты, калийные соли).
Средней радиоактивностью отличаются такие минералы, как магнетит, лимонит, сульфиды и др.
Низкой радиоактивностью обладают кварц, кальцит, гипс, каменная соль и др. В этой классификации радиоактивность соседних групп возрастает примерно на порядок.
15.2.2. Радиоактивность горных пород, руд и вод.
Радиоактивность горных пород определяется прежде всего радиоактивностью породообразующих минералов. В зависимости от качественного и количественного состава минералов, условий образования, возраста и степени метаморфизма их радиоактивность изменяется в очень широких пределах. Радиоактивность пород и руд по эквивалентному процентному содержанию урана принято подразделять на следующие группы:
породы
практически нерадиоактивные (
10-5
%);
породы
средней радиоактивности (
10-4
%);
высокорадиоактивные
породы и убогие руды (
10-3
%);
бедные
радиоактивные руды (
10-2
%);
рядовые
и богатые радиоактивные руды (
0,1 %). К практически нерадиоактивным
относятся такие осадочные породы, как
ангидрит, гипс, каменная соль, известняк,
доломит, кварцевый песок и др., а также
ультраосновные, основные и средние
породы. Средней радиоактивностью
отличаются кислые изверженные породы,
а из осадочных - песчаник, глина и особенно
тонкодисперсный морской ил, обладающий
способностью адсорбировать радиоактивные
элементы, растворенные в воде. Радиоактивные
руды (от убогих до богатых) встречаются
на урановых или ураново-ториевых
месторождениях эндогенного и экзогенного
происхождения. Их радиоактивность
изменяется в широких пределах и зависит
от содержания урана, тория, радия и
других элементов. С радиоактивностью
горных пород тесно связана радиоактивность
природных вод и газов. В целом в гидросфере
и атмосфере содержание радиоактивных
элементов ничтожно мало. Подземные воды
могут иметь разную радиоактивность.
Особенно велика она у подземных вод
радиоактивных месторождений и вод
сульфидно-бариевого и хлоридно-кальциевого
типов. Радиоактивность почвенного
воздуха зависит от количества эманаций
таких радиоактивных газов, как радон,
торон, актинон. Ее принято выражать
коэффициентом эманирования пород (
), являющимся отношением количества
выделившихся в породу долгоживущих
эманаций (в основном радона с наибольшим
)
к общему количеству эманаций. В массивных
породах
=
5 - 10%, в рыхлых трещиноватых
=
40 - 50 %, т.е.
увеличивается
с ростом коэффициента диффузии.
Кроме общей концентрации радиоактивных элементов, важной характеристикой радиоактивности сред является энергетический спектр излучения или интервал распределения энергии. Как отмечалось выше, энергия альфа-, бета- и гамма-излучения каждого радиоактивного элемента либо постоянна, либо заключена в определенном спектре. В частности, по наиболее жесткому и проникающему гамма-излучению каждый радиоактивный элемент характеризуется определенным энергетическим спектром. Например, для урано-радиевого ряда максимальная энергия гамма-излучения не превышает 1,76 МэВ, а суммарный спектр 0,65 МэВ, для ториевого ряда аналогичные параметры составляют 2,62 и 1 МэВ. Энергия гамма-излучения калия-40 постоянна (1,46 МэВ).
Таким образом, по суммарной интенсивности гамма-излучения можно оценить наличие и концентрацию радиоактивных элементов, а анализируя спектральную характеристику (энергетический спектр), можно определить концентрацию урана, тория или калия-40 в отдельности.